Искусственные водоемы являются весьма уязвимой природно-технической системой. Это связано с формированием общего дисбаланса гидросферы при их строительстве, который проявляется в нарушении целого ряда показателей: общего и сезонного режима реки, ее гидрологии и гидрохимии, уровней и химического состава подземных вод, береговых склоновых и иных экзогенных процессов и т. п. Данные обстоятельства практически не учитывались в период бума строительства водохранилищ в России и за рубежом, который соответствует 70-м гг. прошлого столетия. Цель их создания во всех регионах достаточно близка – обеспечение водой различных промышленных комплексов. В настоящее время в России функционируют более 300 крупных водохранилищ. Экологические проблемы, которые сформировались в среднем за сорокалетний период их эксплуатации, поставили ряд новых задач, связанных с высоким уровнем загрязнения поверхностных и подземных вод в районах водохранилищ, их зарастанием, формированием неблагоприятной гидробиологической обстановки [1–4]. Особую опасность представляет собой проникновение загрязнения в подземные водоносные горизонты, используемые в хозяйственно-питьевых целях. В этой связи актуальной стала задача разработки инновационных методов очистки водоемов, максимально приближенных к природным процессам. Одним из таких методов является альголизация. Она представляет собой введение в поверхностный водоем культуры Сhlorella vulgaris с целью уменьшения в воде концентраций химических и органических загрязнителей, которое происходит в результате гидробиохимических взаимодействий. Данный метод находится в стадии эксперимента на ряде крупных водохранилищ России: Ижевском, Матырском, Белоярском и Нижнетагильском.
Нами представляются материалы первых исследований, проведенных совместно с ООО «Альгобиотехнологии» на Матырском водохранилище. Его особенностью является размещение в пределах весьма техногенно нагруженного Липецкого промрайона. В настоящее время его левобережье активно застраивается промышленными предприятиями.
В ходе проводимых исследований ежемесячно в период апрель–август 2010 г. отбирались пробы воды из семи наблюдаемых точек. Места и номер отбора проб указаны на карте-схеме (рис. 1). При этом пробоотбор воды производился одновременно с проведением альголизации водоема в его приповерхностной части непосредственно в месте введения культуры. Уровень загрязнения водоема оценивался в сравнении с СанПиН для рыбохозяйственных водоемов.
Как известно, химический состав замкнутых поверхностных водоемов зависит от множества факторов природного и техногенного происхождения, таких как климато-метеорологические условия, геологическое строение территории, наличие сбросов промышленных вод и т. д. Процессы формирования химического состава природных вод чрезвычайно сложны, соответственно, для того чтобы объяснить состав того или иного водного объекта, необходимо обладать полным спектром информации по природным и техногенным условиям изучаемой территории [2; 3]. Особенностью летнего периода 2010 г. являлась аномально высокая температура воздуха и воды. В некоторых точках в водоеме она превышала 30 градусов. Проведение эксперимента в данных условиях априорно выводит его за рамки средних показателей, однако полученная информация является уникальной по той же причине высоких температур природной среды.
В результате исследований было установлено, что солевой состав водоема достаточно четко подвержен сезонным колебаниям (рис. 2). Так, максимальные концентрации загрязняющих веществ отмечаются в первые две-три послепаводковые недели, затем ситуация стабилизируется, и после ледостава концентрации возвращаются к природному фону. Ярко выраженными сезонными колебаниями концентраций характеризуется содержание растворенных газов и органических веществ.
В ходе работ были выявлены основные тенденции изменения химического состава вод в пространстве (по акватории водохранилищ) и во времени (с апреля по август). Анализ полученной информации показывает превышения относительно ПДК по ряду гидрохимических показателей. Наиболее значимые превышения характерны для тяжелых металлов – концентрации меди варьируют от 0, 003 до 0, 007 мг/дм3 (при ПДК = 0, 001 мг/дм3), цинка от 0, 005 до 0, 02 мг/дм3 (при ПДК = 0, 01 мг/дм3). Содержание железа и марганца достигает по ряду проб 0, 19 и 0, 016 мг/дм3 соответсвенно, превышая величины ПДК в 1–2 раза.